电压放大器基于远程FBG对光纤中纵波传感器研究的应用

实验名称：远程FBG对光纤中纵波的传感器响应特性实验

研究方向：通信工程、光纤通信与光电子技术、结构健康监测

实验目的：本实验为明确远程FBG作为纵波共振传感器与纵波驻波传感器的界定条件；同时研究尾纤长度（第一尾纤L1、第二尾纤L3）对远程FBG纵波响应特性的影响；验证光纤纵波传播的共振频率理论模型与实验结果的一致性。

测试设备：

1、声激励设备：函数信号发生器、高压放大器（AigtekATA-2021H）、PZT5-3300、压电纤维片

2、FBG传感解调设备：FBG、窄带激光光源、光环行器、隔离器

3、信号接收处理设备：光电探测器、数据采集卡、计算机（LabVIEW软件）

4、辅助材料：环氧树脂、耦合剂、聚酰亚胺胶带

图1传感器实验系统原理图

图2传感器实验系统实物图

实验过程：该实验先搭建由声激励（PZT产生纵波）、FBG解调（边缘滤波法）、信号处理（LabVIEW采集时域/频域信号）三部分组成的系统，确保光纤轴向与PZT运动方向一致；接着开展工况1，固定L3=5mm，改变L1（0-110mm），施加2000-20000Hz低频正弦激励并记录不同L1下的响应幅度；随后进行工况2，设置三组实验（分别为L1=725mm且L3=1080mm、固定L3改变L1、固定L1改变L3），施加7000Hz等频率激励，对比FBG在波腹/波节位置的响应。

实验结果：当FBG位于尾端且L1在65-100mm谐振区域时，呈弹性体振动特性且响应幅度显著，L1小于60mm或大于100mm时呈强迫振动且响应较小；长尾纤（L1=725mm、L3=1080mm）下，FBG响应呈驻波特性，波腹位置响应幅度是波节的1.5-2倍，耦合剂吸收弹性波后驻波消失；尾纤长度为半波长整数倍（如L1=270mm、540mm）时，FBG响应出现峰值，验证了理论模型中“应变均匀分布”的假设。

图3FBG位于光纤尾端，L1长度对远程FBG响应的影响

图4尾纤长度对远程FBG响应的影响三种实验配置

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图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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